发动机原理 第二章 发动机理想循环

第二章发动机性能第一节发动机理想循环一、三种理想循环模型1.研究的目的将模型经过抽象处理，可定量或定性分析影响各性能指标的某些重要因素，从而找到提高各性能指标的一般途径。2.模型简化条件四假设：①工质为理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同（如绝热指数k=1.4）；②闭口系统；③压缩、膨胀为绝热过程；④加热为定容或定压过程，放热为定容过程。3.三种理想循环模型由实际发动机加热过程的特点，通过简化将理想循环模型划分为三种：a）混合（先定容，后定压）加热循环＝＞高速柴油机b）定容加热循环＝＞汽油机c）定压加热循环＝＞高增压和低速大型柴油机二、评定循环好坏的指标1.经济性——循环热效率（ηt

）由“热力学”所学知识，可推导出三种加热循环热效率公式。ε—压缩比：λ—压力升高比：ρ—预胀比：κ—绝热指数：参数说明参数说明：ε—压缩比：Va

/Vcλ—压力升高比：pz

/pcρ—预胀比：vz/vz′κ—绝热指数：cp/cvaczbTSQ1Q2参数说明：ε—压缩比：Va

/Vcλ—压力升高比：pz

/pcρ—预胀比：vz/vz′κ—绝热指数：cp/cvbTSbQ1Q2acz2.影响经济性的各因素①ε：

ε

，三种加热循环的热效率ηt均提高；②κ：

κ

，三种加热循环的热效率ηt均提高；

多原子气体的κ=1.33，双原子气体κ=1.4。启示：稀混合气κ

值大，热效率提高；浓混合气κ

值小。③λ：

a.在定容加热过程中λ，对ηt

无影响，见（2）式原因分析：吸热量和放热量有顺变关系存在：b.

在混合加热过程中当Q1=Q1v+

Q1p=常数、ε=常数，λ↑，意味Q1v↑，Q1p↓，则Q2v↓，ηtm

↑。④ρ：a.在定压加热过程中当ε=常数，ρ↑，从（3）式可看出ηtp↓。b.在混合加热循环中当Q1=Q1v+

Q1p=常数、ε=常数，ρ↑，意味Q1v

↓，

Q1p

↑

，则Q2v↑，ηtm

↓。

启示：在高速柴油机中，应设法加大定容加热部分的热量。措施如：加大前期喷油量、柴油细化；与空气混合要好，才能加快前期燃烧，避免后期燃烧过长。3.三种热循环热效率比较1）准备知识a.热效率在T—S图上的表达：循环1—2—3—4—1Q1TS12Q2

TS3412b.两种热循环热效率大小在T—S图上的比较方法循环1—2—3—4—1和循环1’—2’—3’—4—1’，当其吸热量均相等时，谁的热效率更高？433'TS121'2'433'TS121'2'即：Q（吸）1—2—3—4—1=+

Q（吸）1’—2’—3’—4—1’

=+∴有推论：=分析：要使Q（吸）1—2—3—4—1=Q（吸）1’—2’—3’—4—1’，应使1—2线和1’—2’线以下与横坐标围成的面积相等，再看放热线：循环1—2—3—4—1的放热线为：3—4线以下与横坐标之间围成的面积；而循环1’—2’—3’—4—1’的放热线为：3’—4线以下与横坐标之间围成的面积。从左图看出3’—4线以下围成的面积比3—4线以下围成的面积更大。433'TS121'2'∴判别出：ηt1—2—3—4—1>ηt1’—2’—3’—4—1’433'TS121'2'多出部分2）三种理想热循环热效率比较①第一种情况：当Q1=常数、ε=常数（1—2线段长度不变）1—2—3—4—1：

定容加热循环1—2—3’—4’—1：

定压加热循环有：Q2p>Q2v1233'44'TS放热线吸热线4''3''m于是有：

Q2p>Q2m>Q2v

ηtv>ηtm>ηtp

注意：

ε汽<<ε柴1—2—m—3’’—4’’—1：混合加热循环②第二种情况当Q1=常数，最高压力p3=p3'

=常数12341：

定容加热循环12’3’4’1：

定压加热循环有：Q2v>Q2p2''3''4''m23吸热线1TS4'放热线42'3'“定压线”缓慢上升“定容线”快速上升于是有：

Q2v>Q2m>Q2p

ηtp>ηtm>ηtv12’’m3’’4’’1：

混合加热循环4.动力性——循环平均压力（pt）可理解为：单位气缸工作容积下的循环净功。它是重要的动力性指标之一。同时，也表明了发动机气缸工作容积利用率的高低。b.

三种加热循环平均压力表达式式中pa——

压缩起点压力①从纯数学关系中可看出当pa、ε、λ、

ρ

、Κ、ηt时，则pt；②在混合加热循环中当Q1=Q1v+

Q1p=常数、ε=常数，ρ，意味Q1p

，

Q1v,

则Q2v

，ηtm

。根据ptm定义式可得：ptm

。c.讨论③在定容循环中当λ↑，虽然ηtv=常数，但根据（2）式有：ptv

↑。Q1v(λ)Q1v(λ)加热量不变，压缩比不变，λ，热效率提高（循环acz'b'a）。Q1v(λ)Q1v(λ)在绝热过程中，当压缩比为定值，压缩起点一样时，其在T—S图上的线段等长，且位置一样。本结小节：1.根据实际发动机循环特点，说明了将发动机理想循环抽象为三种理想循环模型的理由；建立了循环好坏评定的动、经性指标。2.根据热力学基础所获知识，